嵌入式系统原理及应用复习知识点总结

第一章1、嵌入式系统的应用范围：军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制。2、嵌入式系统定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件与硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。（嵌入式的三要素：嵌入型、专用性与计算机系统）。3、嵌入式系统的特点：1)专用性强；2）实时约束；3）RTOS；4）高可靠性；5）低功耗；6）专用的开发工具和开发环境；7）系统精简；4、嵌入式系统的组成：（1）处理器：MCU、MPU、DSP、SOC；（2）外围接口及设备：存储器、通信接口、I/O接口、输入输出设备、电源等；（3）嵌入式操作系统：windowsCE、UCLinux、Vxworks、UC/OS;（4）应用软件：Bootloader5、嵌入式系统的硬件：嵌入式微处理器（MCU、MPU、DSP、SOC），外围电路，外部设备；嵌入式系统的软件：无操作系统（NOSES），小型操作系统软件（SOSES），大型操作系统软件（LOSES）注：ARM处理器三大部件：ALU、控制器、寄存器。6、嵌入式处理器特点：（1）实时多任务；（2）结构可扩展；（3）很强的存储区保护功能；（4）低功耗；7、DSP处理器两种工作方式：（1）经过单片机的DSP可单独构成处理器；（2）作为协处理器，具有单片机功能和数字处理功能；第二章1、IP核分类：软核、固核、硬核；2、ARM处理器系列：（1）ARM7系列（三级流水，thumb指令集，ARM7TDMI）;(2)ARM9系列（DSP处理能力，ARM920T）（3）ARM/OE（增强DSP）（4）SecurCone系列（提供解密安全方案）；（5）StrongARM系列（Zntle产权）；（6）XScale系列（Intel产权）；（7）Cortex系列（A：性能密集型；R：要求实时性；M：要求低成本）3、ARM系列的变量后缀：（1）T：thumb指令集；（2）D：JTAG调试器；（3）快速乘法器；（4）E：增强DSP指令；（5）J：Jave加速器4、ARM{X}{Y}{Z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{S}:x—系列号，y—内部存储管理和保护单元，Z—含有高速缓存。5、CISC（x86）：（1）具有大量的指令和寻址方式（300~500条）；（2）8/2原则：80%的程序只用20%的指令；（3）大多说程序只使用少量指令就能运行；6、处理器核的性能指标：（1）冯诺依曼vs哈佛；（2）CISCvsRISC（3）流水线结构；（4）超标量执行；（5）高速缓存；7、流水线（所有的ARM处理器）：每个时钟脉冲都接收下一条处理数据的指令，只是不同部分做不同的事情，提高系统处理速度和效率；ARM7—3级流水线，PC=LR-4；ARM9—5级流水线PC=LR-4*3；ARM10—6级；ARM—8级；Cortex—8级；8、4种异常：中断、陷阱、故障、终止；9、ARM处理器的7种工作模式：（1）用户态USR；（2）快中断FIQ；（3）中断IRQ；（4）管理态SVC;（5）终止态ABT；（6）未定义UND；（7）系统SYS；10.ARM的两种工作状态：（1）ARM状态---32位ARM指令集，字对齐取指（2）Thumb状态---16位Thumb指令集，半字对齐取指。11.ARM寄存器：37个寄存器，其中31个通用寄存器，6个状态寄存器，寄存器位32位寄存器。影子寄存器：是为处理器的不同工作模式配备的专用物理寄存器，在异常模式下，它们将代替用户或者系统模式下使用的部分寄存器。（1）SP—堆栈指针R13（2）LR—链接寄存器R14（3）PC—程序计数器R15（当前取指指令地址）状态寄存器：（1）保存ALU当前操作信息（2）控制允许和禁指中止（3）设置处理器操作模式。标志位：（1）N—结果为负数，N=1（2）Z—结果为0，Z=1（3）C—加法进位C=1，减法置错位C=0（4）V—带符号溢出，V=1（5）I—I=1禁止IRQ中断（6）F—F=1禁止FIQ中断（7）T=0—ARM执行；T=1，Thumb执行。12.ARM存储器数据类型：8位字节（Java加速器）；16位字节（Thumb处理器）；32位字节（ARM处理器）；13.大端序：高字节—低地址；小端序：高字节—高地址。14.ARM的存储体系（1）片内存储器：寄存器，片上cache，FIFO，TCM（可控），片内SRAM（2）片外存储器：主存储器（片外DRAM、SDRAM），外部存储器，后备存储器。15.存储管理单元MMU的作用：（1）虚拟存储空间到物理存储空间的映射（2）存储器保护功能（3）设置虚拟存储空间的缓冲特性。16、Cache:cache是位于主存储器和cpu之间的一块高速存储器（高速可控）统一cache：冯诺伊曼结构中指令和数据存放在一起，统一编址。分离cache:哈佛结构中，指令和数据存放各存储体，分开编址。逻辑cache:cache放在处理器内核与MMU之间。逻辑cache在序列地址空间存储数据，处理器可以直接通过逻辑cache访问数据，而无需通过MMU。物理cache:cache放在MMU和物理存储器之间。物理cache使用物理地址存储数据，当处理器访问存储器时，MMU必须先把虚拟地址转换为物理地址，cache才能向内核提供数据。Cache地址映射方法：直接映射（电路简单效率低），全相联映射（适合小cache），组想联映射。17.FCSE-快速上下文切换扩展：是硬件电路，加快进程切换速度，减小切换开销2写缓存区改善了cache的性能18.FIFO-写缓存区（容量很小）：位于处理核与主存之间1当Cpu输出数据时，若总线恰好被占用而无法输出时，那么Cpu可以把数据写入写缓存区。当总线上没有比写缓存区优先级更高的掌控者时，写缓存区可以通过总线将数据写入内存2.19.哈佛结构在ARM中的具体实现方式：1.程序指令和数据分别存储，分开编址；23.哈佛结构的数据Cache和指令Cache是分开的，各有一套地址和数据总线，使取指和取数据同时进行。20.筒形移位寄存器；ARM处理器内部有筒形移位寄存器，可以进行移位操作。21.看门狗定时器WDG:引导嵌入式微处理器脱离死锁工作状态。22.边界对准：指处理器一次性的或者周期性的读写内存的起始地址。提高数据传输速度，加快访问速度，简化了编译器设计，优化了程序代码。23．AMBA总线：AHB-高性能片上总线；APB-先进外围片上总线24.I/O地址空间编址方法：1）独立编址法（8086），需要设置I/O指令；2）统一编址法（ARM）（3）混合编址第三章1.ARM的指令集包括六类指令：分支指令，数据处理指令，状态寄存器存取指令，数据存取指令，协处理器指令，异常处理指令。3.ARM指令集和Thumb指令集具有两个共同点，一是他们都有较多的寄存器，可以用于多种用途；而是对存储的访问只能通过Load/store指令进行。4.正交指令集具有如下特征（1）指令集中的绝大多数指令长度相同（2）指令的操作码和操作数寻址字段的长度相对稳定。（3）在寻址字段中，所有寄存器的寻址都可以替换。5.ARM处理器有三个指令集：32位的ARM指令集，16位的Thumb指令集和8位的Jazelle指令集。6.多寄存器传送指令的优点：在数据块操作，上下文切换，栈操作方面比单寄存器传送指令效率更高，但缺点是增加了中断延迟。7.简述ARM进入异常时处理器的响应，退出异常时需要执行哪些操作，处理器响应(1)将CPSR的内容保存到将要执行的异常中断模式的SPSR中（2）设置当前程序状态寄存器CPSR中的模式字段位（3）将异常发生时程序的下一条指令地址保存到新的异常模式的R14寄存器中（4）强制对程序计数器赋值，使程序从异常所对应的向量地址开始执行中断服务子程序。退出异常时操作如下：（1）所有修改过的用户寄存器必须从处理程序的保护栈中恢复（2）恢复被中断程序在被中断时刻的CPSR寄存器（3）返回到发生异常中断的指令位置或者异常中断的下一条指令处执行。（4）清除CPSR中的中断禁止标志位。8.ARM指令集有何特点（1）ARM指令集都是32位的（2）ARM指令集都采用Load-store架构（3）所有指令都可以条件执行9.简述ARM指令有几种寻址方式寄存器寻址，立即数寻址，寄存器移位寻址，寄存器间接寻址，基址寻址，多寄存器寻址，栈寻址，块拷贝寻址，相对寻址。10.处理器进入管理模式（1）保存指令地址（2）SPSR_mode=CPSR（2）设置CPSR（模式，中断，状态）（3）R14=PC（保存返回地址）（4）PC=异常入口地址11．ARM从异常中断返回过程：（1）从SPSR恢复CPSR（2）从LR恢复PC（3）出栈12.汇编方法：（1）内嵌汇编（2）汇编和C变量回访（3）汇编和C相互调用第四章1.嵌入式系统常用的半导体存储器：1）ROM:容量小，只读，非易失——用作BootLoader载体；2）SRAM：容量较大，储存密度低，读写快；3）DRAM：密度高，读写快，成本低，2ms刷新一次；4）SDRAM：密度高，容量8~512MB，R/M与CPU一致，成本低，——用作外部存储器；5）Flash：大容量，中低密度，集成度高，成本低，速度快——用作外部存储器。2、存储器的性能指标：易失性、只读性、位容量、速度、功耗、可靠性、价格。3、NorFlash和NandFlash的技术特点：共同特点——先擦除NorFlash：1）32M以下，可擦写10万次；2）以“字节”为单位；3）可以做到芯片内执行；4）读取速度快；5）与处理器总线连接NandFlash：1）32M以下，可擦写100万次；2）以“页”为单位；3）不能芯片内执行；4）写速度快；5）I/O连接方式；4、I^2总线：1）同步串行总线；2）连接MCU和外设ADC，LED等；3）双向两线结构；4）适合近距离非常性数据通信；5）主从、多主分布通信网络。SPI总线：1）同步串行接口；2)连接MCU和外设；3）4线；4）主从分布式通信网络；CAN总线：1）串行现场总线；2）应用与汽车电子；3)CAN控制器集成在SOC内部；5.UART的主要功能有：（1）可进行传输波特率设定（2）将接收到的串行数据变换为主机内部的并行数据（3）把机内并行数据转换为输出串行数据（4）设定数据传输的帧格式（5）对输入输出的串行数据流进行奇偶校验处理，以及进行数据收发，缓冲处理等。6．C语言程序对GPIO的读写规范：（1）在头文件中对控制GPIO的寄存器进行宏定义（2）使用限定符Valatile7.USB接口的主要特点（1）串行外设连接（2）支持即插即用（3）连接容易，使用方便（4）独立供电，降低外设成本（5）速度快8.为嵌入式系统配备以太网接口有以下两种方法（1）嵌入式处理器+以太网芯片对处理器没有特殊要求，只要求正确把以太网接口芯片接到嵌入式总线上，编写该接口芯片的驱动程序。优点是通用性强，适合各种处理器，缺点是速度慢，可靠性不高（2）内部集成了以太网控制器的嵌入式控制器特点：要求嵌入式处理器有通用的网络接口，处理器是面向网络应用设计的，处理器和网络通过内部总线交换数据，速度快且可靠性高。9.以太网数据采用曼彻斯特编码方案，TEEE802.3标准10.非编码式键盘识别按键的方法有两种：（1）行扫描法让一个行线引脚发出低电平信号，使该引脚对应的键盘上某一行线为低电平，而其余行线为高电平，然后读行线值，如果行值中有某位为低电平，则表明行列交点处的键被按下；否则扫描下一行，直到扫描完全部行线为止。换言之，如果该航线所连接的键没有按下，则列线所接的端口得到的是全“1”信号；如果有键按下，则得到非全“1”信号。（2）线反转法先将行线作为输出线，列线作为输入线，行线输出全“0”信号，读出列线的值，然后将行线列线输入输出关系互换，并且将刚才独到的列线所接的端口输出，再读出行线的输入值，那么在闭合键所在的行线上的值必为0。这样，当一个键被按下时，必定可读到一对唯一的行列值。11．液晶显示器（LCD）采用一种数字显示技术，通